El documento describe el funcionamiento de un generador síncrono, incluyendo: (1) su definición como una máquina que convierte potencia mecánica en eléctrica mediante un campo magnético rotatorio; (2) los cálculos para determinar la velocidad de rotación y voltaje interno requeridos; y (3) las consideraciones para operar varios generadores en paralelo para suministrar mayor carga de manera confiable y eficiente.

1. EL GENERADOR
SINCRÓNICO

2. I. Definición
• Máquina que convierte la potencia mecánica en potencia eléctrica
Corriente
DC Campo magnético
estacionario 𝐵
CAMPO – FIELD
Comportamiento: gran
electroimán
Estator
ARMADURA - ARMOUR
Devanados

3. • ROTOR: hecho de láminas para disminuir las pérdidas por corrientes
parásitas
• Suministro de potencia:
―Fuente externa con anillos rozantes (máquinas pequeñas)
―Fuente montada al eje usando excitadores (generador AC)
II. El generador sincrónico

4. 1) Velocidad de rotación:
III. Cálculos:
𝑓𝑒 =
𝑛 𝑚 ⋅ 𝑃𝑃
60 𝑃𝑃 = 𝑝𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠
𝑛 𝑚 = 𝑅𝑃𝑀 𝑒𝑗𝑒 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜
La fe deseada debe ser 60 Hertz en PERÚ.
2)Voltaje interno: Esquema del generador sincrónico trifásico

5. Como y
𝑒 = 𝑣 × 𝐵 ⋅ 𝑙
𝑣: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟
"𝑣𝑖𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜"
𝑒 𝑒𝑠𝑝 = 𝑒 𝑎𝑏 + 𝑒 𝑏𝑐 + 𝑒 𝑐𝑑
𝑒 = 𝑣𝐵𝑙 ⋅ 𝑠𝑒𝑛 𝜃 + 𝑣𝐵𝑙 ⋅ 𝑠𝑒𝑛 180 − 𝜃
=2𝑣𝐵𝑙 ⋅ 𝑠𝑒𝑛 𝜃
𝑣 = 𝜔 𝑚 𝑟 𝜃 = 𝜔 𝑒 𝑡
𝑒 𝑒𝑠𝑝 = 2𝜔 𝑚 𝑟𝐵𝑙 ⋅ 𝑠𝑒𝑛 𝜔 𝑒 𝑡
Expresando para cualquier # de
espiras:
𝑒 𝑒𝑠𝑝 = 𝜙𝜔 𝑚 ⋅ 𝑠𝑒𝑛 𝜔 𝑒 𝑡

6. En máximos:
𝑒 = 𝑁𝑐 𝜙𝜔 𝑚 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜔 𝑒 𝑡 𝑠𝑒𝑛 90 = 1
𝐸 𝑚á𝑥 = 𝑁𝑐 𝜙𝜔 𝑚 𝜔 𝑚 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
𝐸 𝑚á𝑥 = 2𝜋𝑓𝑁𝑐 𝜙
𝐸𝐴 =
2𝜋
2
𝑓𝑁𝑐 𝜙 = 2𝑓𝑁𝑐 𝜙
𝜔 𝑒 = 𝑓 ⋅ 2𝜋
𝐸𝐴 = 𝑘𝜙𝜔 𝑒 𝐼 𝐹 ← 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 → 𝜙

7. El voltaje interno no es igual al de fase por:
- Reacción del inducido (contracorriente que se opone al campo).
- Autoinductancia de las bobinas de la armadura.
- Resistencia de las bobinas.
REACCIÓN DEL INDUCIDO:
• Cuando no hay carga
• Cuando hay carga en atraso:
𝑉𝜙 = 𝐸𝐴
𝑉𝜙 = 𝐸𝐴 + 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑡
𝐵 𝑛𝑒𝑡 = 𝐵 𝑅𝑂𝑇𝑂𝑅 + 𝐵𝑆𝑇𝐴𝑇𝑂𝑅
𝐸𝑆𝑇𝐴𝑇 = −𝑗𝑋𝐼𝐴
𝑉𝜙 = 𝐸𝐴 − 𝑗𝑋𝐼𝐴

8. Con la autoinductancia del estator y su resistencia:
𝑉𝜙 = 𝐸𝐴 − 𝑗𝑋𝐼𝐴 − 𝑗𝑋𝐴 𝐼𝐴 − 𝑅 𝐴 𝐼𝐴
𝑋𝑠 = 𝑋 + 𝑋𝐴
𝑉𝜙 = 𝐸𝐴 − 𝑗𝑋𝑠 𝐼𝐴 − 𝑅 𝐴 𝐼𝐴
𝑉𝑇 = 3𝑉𝜙 𝐶𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑌
𝑉𝑇 = 𝑉𝜙 𝐶𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖ó𝑛 Δ

10. Conexión de los generadores:

11. Circuito equivalente por fase:
Diagrama fasorial de un generador sincrónico:

12. Diagrama de pérdidas en el generador:

13. Potencias: 𝑃𝑖𝑛 = 𝜏 𝑎𝑝𝑝 ⋅ 𝜔 𝑚
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 3𝑉𝑇 𝐼𝐿 cos 𝜃
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝜏𝑖𝑛𝑑 ⋅ 𝜔 𝑚
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 3𝑉𝑇 𝐼𝐿 cos 𝜃
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 3𝑉𝜙 𝐼𝐴 cos 𝜃
𝑄 𝑜𝑢𝑡 = 3𝑉𝑇 𝐼𝐿 𝑠𝑒𝑛 𝜃
𝑄 𝑜𝑢𝑡 = 3𝑉𝜙 𝐼𝐴 𝑠𝑒𝑛 𝜃

14. Potencias:
𝑃𝑖𝑛 = 𝜏 𝑎𝑝𝑝 ⋅ 𝜔 𝑚
𝑃 =
3𝑉𝜙𝐸𝐴 𝑠𝑒𝑛 𝛿
𝑋𝑠
𝜏𝑖𝑛𝑑 = 𝑘 𝐵 𝑅 × 𝐵𝑆
𝜏𝑖𝑛𝑑 = 𝑘 𝐵 𝑅 × 𝐵 𝑛𝑒𝑡
𝜏𝑖𝑛𝑑 = 𝑘𝐵 𝑅 𝐵 𝑛𝑒𝑡 𝑠𝑒𝑛 𝛿
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝜔 𝑚 𝜏𝑖𝑛𝑑 =
3𝑉𝜙 𝐸𝐴 𝑠𝑒𝑛 𝛿
𝜔 𝑚 𝑋𝑠

15. PRUEBA DEL CIRCUITO ABIERTO: giro del generador a velocidad
nominal sin carga y corriente de campo en 0.
IV. Medición de parámetros:
𝐼 𝐹 = 0 𝐸𝐴 = 𝑉𝜙 → 𝐸𝐴 𝐼 𝐹 = 𝑉𝜙 𝐼 𝐹
PRUEBA DEL CORTOCIRCUITO:
𝐼𝐴 =
𝐸 𝐴
𝑅 𝐴 + 𝑗𝑋𝑠
→ 𝐼𝐴 =
𝐸𝐴
𝑅 𝐴
2
+ 𝑋𝑠
2 𝑋𝑆 ≫ 𝑅 𝐴 → 𝑋𝑠 ≈
𝐸𝐴
𝐼𝐴

17. Efecto de la carga:
V. El generador operando sólo
𝑅 𝐹 = 𝑐𝑡𝑒 → 𝐼 𝐹 = 𝑐𝑡𝑒 → 𝜙 = 𝑐𝑡𝑒
𝜔 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑐𝑡𝑒
𝑉𝑅 =
𝑉𝑛𝑜 𝑙𝑜𝑎𝑑 − 𝑉𝑓𝑢𝑙𝑙 𝑙𝑜𝑎𝑑
𝑉𝑓𝑢𝑙𝑙 𝑙𝑜𝑎𝑑
𝐸𝐴 = 𝑐𝑡𝑒
• Si se adiciona carga reactiva el voltaje de fase decrece
significativamente
• Si se adiciona cargas de potencia unitaria el mismo presenta ligera
disminución
• Si se adiciona cargas capacitivas el voltaje se incrementa.

18. Regulación del generador:
↓ 𝑅 𝐹 →↑ 𝐼 𝐹 →↑ 𝜙 →↑ 𝐸𝐴 = 𝑘𝜙𝜔

19. V. El generador operando en paralelo
𝐸𝐴 = 𝑐𝑡𝑒
Razones para operar el generador en paralelo:
• Varios generadores suministran más carga que uno.
• Aumenta la confiabilidad.
• Ayuda en el mantenimiento preventivo.
• Aumenta la eficiencia, pues en lugar de usar un generador grande e
ineficiente usamos varios pequeños trabajando cerca a plena carga.
CONDICIONES DE PUESTA EN MARCHA:
1) Voltajes de línea iguales y de misma magnitud.
2) Misma secuencia de fases: para que el valor máximo se alcance al
mismo tiempo

20. 3) Ángulos de fase “a” iguales, se logra si magnitudes y ángulos son
iguales.
4) La frecuencia del nuevo generador en aproximación “ligeramente
mayor” que la frecuencia del sistema de operación para que cambie
lentamente con respecto a los ángulos del sistema en funcionamiento
tal que se observe el voltaje y se cierre el interruptor cuando estén en
fase.

21. PASOS PARA PONER EN MARCHA DOS GENERADORES:
1) Con el voltímetro, ajustar la intensidad de campo hasta que el
voltaje en terminales sea igual al de línea del sistema en
funcionamiento.
2) Comprobar la secuencia de fases
Con un motor de inducción
Las tres lámparas: Secuencia correcta si se apagan y encienden rápido,
en intermitencia cambia las fases.
3)Ajustar la frecuencia del generador en aproximación hasta hacerla
ligeramente mayor que la del sistema tal que trabaje como generador y
no como motor.

22. 4) Al cambiar los voltajes lentamente se cierra el interruptor de
interconexión.
5) Utilizar un sincronoscopio en vez de las 3 lámparas para ver
diferencia de ángulos de fase.
CARÁCTERÍSTICAS DE FRECUENCIA-POTENCIA Y VOLTAJE-POTENCIA
REACTIVA EN UN GENERADOR:
Caída de Velocidad:
𝑆𝐷 =
𝑛 𝑛𝑙 − 𝑛 𝑓𝑙
𝑛 𝑓𝑙
𝑃𝑜𝑡 = 𝑆 𝑝 𝑓 𝑛𝑙−𝑓 𝑠𝑖𝑠𝑡

25. Barraje: sistema de potencia muy grande